As. PhDr. Kamila Řasová, Ph.D. Motorické učení ve fyzioterapii As. PhDr. Kamila Řasová, Ph.D. Klinika rehabilitačního lékařství, 3. LF UK a FNKV v Praze

Rehabilitace pracuje s pojmem učení ve smyslu (a) změny pohybového chování na základě podnětů vnitřního i vnějšího prostředí nebo ve smyslu (b) vytváření paměťové stopy (engramu) na základě opakování podnětů (podkladem plasticity a adaptability CNS).

Při krátkodobém, případně střednědobém, opakování podnětů je paměťová stopa utvářena následujícími ději anebo jejich kombinací: synaptickou plasticitou: dlouhodobá potenciace a presynaptická facilitace vedou k funkčním změnám přenosu informace, synaptickými změnami (zvětšení množství dendritických trnů nebo vydávaného transmiteru, zvětšení citlivosti receptorů postsynaptické membrány, zvětšení velikosti efektivní plochy synapse, zvětšení počtu synapsí nebo počtu účinných synapsí na úkor synapsí nevyužitých Při dlouhodobém opakování podnětů je paměťová stopa upevňována molekulárními mechanismy, které vedou ke změnám v charakteristikách genetické informace (změny nukleových kyselin, exprese třetích poslů a bílkovin).

Funkční změny přenosu informace při asociačním učení zvýšená citlivost k podnětu po opakovaném či dlouhotrvajícím působení podnětu díky tomu, že uvolnění transmiteru vede k jeho dalšímu uvolnění

Teorie o zpracování informací popisuje engramy jako skupinu neuronů, které mají tendenci během pohybu pálit synchronně. Engramy jsou vzájemně propojeny a na základě pohybových zkušeností se spojují. Opakováním pohybu dochází k zesílení těchto spojení, což vede k dlouhodobé reorganizaci neuronálních struktur. Naučená motorická odpověď je pak skladována v paměti, v oblasti CNS zodpovědné za zpracování dané dimenze (programy), v podobě mnoha různých dimenzí této odpovědi. Proto při poškození části mozku nemusí dojít k zániku celé informace uložené v této oblasti. Ztrácí se pouze podrobnosti uložené informace.

Způsob uložení informací v CNS je spolu s plasticitou a adaptabilitou centrálního nervového systému vlastností, která umožňuje návrat ztracených či poškozených funkcí, a to právě díky vhodně aplikované rehabilitaci.

Axon: změny sodíkového kanálu Neuron: dentritická arborizace Plasticita CNS Schopnost sítě nervových buněk měnit vlastnosti v odpovědi na zevní či vnitřní vlivy. Axon: změny sodíkového kanálu Neuron: dentritická arborizace Synapse: změny density a distribuce Systémová organizace: novotvoření motorických drah Centrální nervový systém je plastický a dokáže se přizpůsobovat měnícím se podmínkám vnitřního i zevního prostředí. Díky tomu může docházet k adaptačním změnám (přesun zánětlivých mediátorů, remyelinizace, redistribuce sodíkových kanálů, místní kortikální reorganizace projevující se zvýšením presynaptických proteinů a dendritickým pučením), které přispívají k funkčnímu zotavení. K adaptačním změnám může docházet spontánně anebo je možné podpořit je terapeuticky – pomocí medikamentózní či rehabilitační léčby.

Kongenitální hydrocefalus

Spontánní změny mozkové aktivity u nádorových onemocnění L R astrocytom Kontroly gliom

Spontánní změny mozkové aktivity u nemocných s RS Normální kontroly: Průměrné souřadnice 39,21,57 10 mm posun Nemocní s RS: průměrné souřadnice 38,30,58 Matthew, P.M. The use of functional recovery in neurorehabilitation of MS people, 2003

Změny kortikální reprezentace po neurorehabilitaci ruky – zvířecí model Nudo et al. Science, 1996

Změny kortikální reprezentace po neurorehabilitaci ruky – zvířecí model po poranění mozku Nudo et al. Science, 1996

Změny mozkové aktivity po CMP v závislosti na rehabilitační léčbě hybných funkcí Lokalizace ložiska CMP 2 týden Úchop: 3% Kontrolní skupina 7 týden Úchop: 89% Ward N. The use of functional recovery in neurorehabilitation of MS people, 2003

Změny mozkové aktivity po neurorehabilitační léčbě Řasová et al. Clinical Rehabilitation, 2004 Zdravé kontroly r=0.904 RS před RHB r=0.434 RS po RHB r=0.714

Senso-motorické učení je obecně definováno jako zlepšení kvality motorického výkonu nebo osvojení si nových motorických dovedností. Při volním učení jsou využívány dva procesy: kognitivní plánování pohybové sekvence, kde po uskutečnění jednoho úspěšného výkonu můžeme hovořit o naučení této dovednosti následný opakující se proces (trénink), na jehož základě dochází ke zdokonalení provedení pohybu (přesnosti, rychlosti, plynulosti, redukci námahy a minimalizaci vynaložené energie).

Charakteristiky pohybu, jež mají být zlepšeny, jsou vzájemně propojeny. Například, rychlost a přesnost pohybu jsou často spojeny inverzně, takže zvýšená rychlost během opakovaného pohybu má za následek snížení přesnosti. Tento proces by neměl být vnímán jako učení, ale jako změna strategie, kde dochází ke kompromisu oproti jiné proměnné. Dochází k reakci na změnu úkolu nebo sensorický vstup. Takovouto změnu, stejně tak jako změny v reflexech (např. vestibulo-okulární reflex při nasazení ochranných brýlí), můžeme považovat za adaptaci, která obvykle zahrnuje vhodné upravení parametrů systému.

Prvky senso-motorického učení Motorické obratné učení Motorické obratné učení (učení motorickým dovednostem) je proces, při němž dochází k utváření nových pohybových sekvencí. Ačkoliv se mohou z počátku zdát neobvyklé, učením se jejich provádění zdokonaluje ve smyslu optimalizace rychlosti, přesnosti a účinnosti. Motorické obratné učení je nejkomplexnější ze všech typů motorického učení a do určité míry obsahuje některé mechanismy jiných typů učení.

Mechanismy motorického obratného učení: vědomé řízení pohybu opakování pohybu za účelem zlepšení jeho kvality rozpoznávání co, jak a kdy udělat: při učení je důležité nejprve rozeznat co je potřeba udělat (osvojení si a pochopení vhodné reakce), dále jak to udělat a teprve poté, kdy to udělat optimalizace provedení pohybu: když se začínáme učit nějaký komplexní pohyb, je tento pohyb rozbit na řadu předprogramovaných pohybových segmentů či jednotek. Tyto jednotky navazují jedna na druhou určitým nespojitým způsobem (korekční cykly: přibližně každých 300 ms dochází k opravě mezi záměrem pohybu a právě probíhajícím pohybem). V průběhu času dochází ke zdokonalení (zlepšení koordinace) učeného komplexního pohybu. Řada předprogramovaných pohybových segmentů na sebe plynule navazuje a vytváří tak hladkou trajektorii. V tomto typu učení hraje velkou roli cerebellum

Motorické obratné učení změna využití zpětné vazby (feedback) a vazby vztažené dopředu (feedforward): v prvních fázích učení určité motorické dovednosti bývají pohyby prováděny trhavě, což je známka zvýšeného využití zpětné vazby (zejména vizuální). V dalších fázích motorického učení je zpětná vazba používána k osvojení nových či úpravě již existujících motorických programů, a k dosažení lepší koordinace, rychlosti a plynulosti pohybových sekvencí. Ve fázi, kdy je motorická dovednost plně osvojena, není již průběh pohybu tolik závislý na kontrole pomocí zpětné vazby. Více je kontrolován pomocí vazby vztažené dopředu

Motorické obratné učení získávání a shromažďování vhodných pohybových segmentů: při osvojování motorické dovednosti se nejprve získávají a shromažďují vhodné pohybové segmenty – pohyb je trhavý. Opakovaným tréninkem motorické dovednosti jsou vybírány vhodné segmenty, pořadí a čas, kdy mají být zapojovány, a integrovány do hladké pohybové sekvence, která se projevuje plynulým provedením pohybu výběr vhodné kombinace svalů: v ranných fázích učení je zapojováno mnoho nevhodných svalů, což se projevuje trhavým a „neohrabaným“ pohybem. V dalších fázích učení jsou kontrakce nevhodných svalů redukovány, a nakonec odstraněny, takže je konečný pohyb plynulý

Motorické obratné učení výběr a nastavení vhodných parametrů: relativní množství koaktivace a reciproční aktivace, správná míra síly kontrakce svalů výběr parametrů a úprava přítomných reflexů při přípravě a zlepšení volního pohybu optimální načasování aktivace svalů: relativní načasování aktivace svalů ve správném časoprostorovém pořadí má velký význam pro plynulé a energeticky účinné provedení pohybu programování předjímající posturální úpravy: má velký význam jak při učení volního pohybu, tak při jeho realizaci

Adaptivní motorické učení Jedinec je schopen modifikovat motorický výstup v reakci na měnící se sensorický vstup. To se může dít skrze vědomé úsilí nebo v mnoha případech automaticky a bez vědomého úsilí díky reflexním drahám v míše a mozkovém kmeni. Například možnost vestibulo-okulárního reflexu rychle reagovat na měnící se podmínky (klidová pozice hlavy, rychlost pohybu hlavy, vztah očí k předmětu) je odrazem adaptivního učení.[1] [1] Vestibulo-okulární reflex integruje pohyby hlavy a oka, aby udržel zaměření zraku na předmět.

Podmíněně – asociativní motorické učení využívá vztahu mezi podnětem a motorickým výstupem k podmiňování odpovědi. Jde o adaptivní a automatické reakce. Neasociativní motorické učení: habituace - potlačení reakce na podnět sensitizace na opakovaný podnět - zdůraznění reakce na podnět (obvykle spojené s bolestí).

Osvojení si motorické dovednosti (učení) a zapamatování si této dovednosti (paměť) jsou dva různé procesy zahrnující odlišné neurální mechanismy. Zvýšený motorický výkon nutně nepředstavuje motorické učení či transfer do paměti. S praxí můžeme být schopni zvýšit motorickou dovednost, jako např. poklepávání prsty do určitého rytmu nebo sekvence. Pokud ale neumíme použít tuto novou sekvenci v kontextu nové dovednosti nebo v budoucnosti, pak jsme si tuto dovednost nezapamatovali a nenaučili se jí.

Fáze motorického učení Učení motorickým dovednostem probíhá ve fázích, z nichž každá je spojena s jiným neurálním procesem. Fáze motorického učení Ranná kognitivní fáze: deklarativní učení - koncepty a fakty, které se obvykle dají vědomě vyjádřit. Xprocedurální učení - osvojení si motorické dovednosti, představuje učení se chování či zvykům, které jsou prováděny automaticky bez přílišného duševního soustředění. aktivní jazyková centra mozku (umístěná zejména ve frontálním, temporálním a parietálním laloku): Kortikální oblast II (vysílá sensorickou informaci k motorickým oblastem mozku) a somato-sensorická oblast jsou během ranných fází učení aktivovány také, ale poté, co je pohybová sekvence zvládnuta, se jejich aktivace snižuje.

Střední fáze: pomocí pokusu-omylu zkoušíme různé strategie a porovnáváme výsledky. „Co se stane, pokud posunu moje prkno dále?“ „Co se stane, když více zatížím zadní nohu?“ A na základě našeho úspěchu či neúspěchu danou strategii buď přijmeme či zavrhneme. aktivovány jsou motorické a senso-motorické asociační oblasti mozku.

Pozdní autonomní fáze: známkou zvládnutí motorické dovednosti. Již nejsme zatěžováni verbálními a mentálními procesy. Již nemusíme zkoušet různé strategie, protože naše tělo ví, která strategie funguje. Čím více trénujeme, tím je pohyb plynulejší a koordinovanější. Nejsme již tak závislí na zevních podmínkách (například povětrnostních). Jsme schopni se přizpůsobovat, vyvažovat a reagovat bez zbytečně velkého vědomého úsilí. Mozková aktivita při realizaci naučených pohybových dovedností je přesunuta na podkorovou úroveň, např. do bazálních ganglií. Asociativní mozkové oblasti se tak mohou věnovat jiným činnostem.

Faktory motorického učení schéma terapie (a), podmínky pro terapii (b), intenzitu podnětů (c), nácvik pohybu (d), stav klienta (e), atd.

(a) schéma terapie Blokové schéma: opakování stále stejné motorické dovednosti na klinické úrovni vede k rychlejšímu osvojení motorické dovednosti a k lepšímu počátečnímu provedení komplexní motorické dovednosti. Na neuronální úrovni podporuje přenos informace v rámci jedné neurální dráhy. Opakované použití s aktivitou související dráhy způsobuje funkční změny ve smyslu dlouhodobé potenciace. podobnost s klasickým podmiňováním podnět-reakce. Klasické podmiňování je s časem citlivější k vymizení než jiné typy asociativního učení. Proto má v takovémto schématu naučená motorická dovednost větší tendenci k zapomínání.

Náhodné schéma Nácvik různých motorických dovedností na klinické úrovni vede k lepšímu zapamatování motorické dovednosti. Na neuronální úrovni je při náhodném schématu informace pravděpodobně přenášena několika různými drahami. Tyto dráhy jsou aktivovány při různých motorických dovednostech, proto jsou aktivovány častěji a jsou charakteristické zvýšeným neurálním přenosem. Náhodné schéma je méně náchylné k zapomínání a k neuronálním změnám spojenými s nečinností (například mezi jednotlivými terapeutickými sezeními). Cílem terapie je naučit se motorickou dovednost a současně si ji zapamatovat tak, aby mohla být používána v běžném životě.

(b) podmínky pro terapii Nácvik motorických dovedností ve stejných podmínkách jako v běžném životě. Nácvik motorických dovedností v různých podmínkách Nácvik motorických dovedností v různých sensorických podmínkách (různé prostředí, pomůcky) umožňuje vyvinout množství strategií pro řešení motorického problému, čímž se zvyšuje schopnost tyto problémy řešit. V terapii je potřeba citlivě kombinovat nácvik motorických dovedností za stejných a různých podmínek.

Bad - Ragaz

Véle F. Kineziologie pro klinickou praxi, 1997 Cattaneo D., workshop 2010

training the motor functions happens cortical reorganization of motor neuron networks Dance therapy, Rasova M., 2012

(c) Intenzita podnětů aplikovaných v terapii U klientů s hybným postižením terapeut volí podněty, jejich kombinace a intenzitu tak, aby mohl být pohyb kvalitně proveden. K tomu využívá anatomických a funkčních vztahů mezi neurony. Z pohledu motorického učení v podstatě zvyšuje endogenní zpětnou vazbu různými podněty a optimalizujeme výkon poskytováním určité podpory.

Využití pasivního a aktivního pohybu Jak z hlediska plasticity CNS, tak z hlediska senso-motorického učení je vždy výhodnější v terapii používat aktivní (anebo terapeutem aktivovaný) pohyb. Pasivní pohyb nevede k naučení komplexních motorických dovedností. Nevede ani k zapamatování motorické dovednosti, protože se liší sensorické podmínky při aktivním a pasivním provedení pohybu.

Nácvik motorické dovednosti v představě (mentální procvičování) účinné při nácviku motorických dovedností, ve kterých je jedinec již zběhlý a které vyžadují přesnost (např. střelba, skórování trestných bodů, driblování míče, řízení auta). Efektivita mentálního procvičování se zesílí, pokud je použito zároveň se skutečným fyzickým vykonáváním motorické dovednosti. během mentálního procvičování jsou na magnetickorezonančním obraze (fMRI) aktivovány stejné mozkové oblasti jako při skutečném vykonávání motorické dovednosti (cerebellum a suplementární motorická kůra)[1], a dále oblasti, které se aktivují při řeči. Při sledování EMG aktivity v souvislosti s mentálním procvičováním bylo zjištěno, že v některých případech simuluje aktivitu při vlastním výkonu. Dosahuje však velmi nízké intenzity. Vliv na zlepšení síly, vytrvalosti , rychlosti či rovnováhy však nebyl prokázán. [1] Tyto oblasti se ale liší intenzitou a rozsahem aktivace.

Využití hudby Hudba je často používaná ke zvýšení výkonnosti a vytrvalosti díky tomu, že zvyšuje schopnost vyburcovat síly. Dále byl prokázán vliv hudby na prostorové uvědomění a logické myšlení, tedy neodmyslitelné aspekty motorického učení. V souvislosti s hudbou se v motorickém učení hovoří o Mozartově efektu. Mozartovy sonáty jsou typizovány tak, že mají začátek (obvykle opakovaný), střední část a konec. Různá témata jsou spojena vhodnými přechody: energie skladby a její pohybové principy vycházejí převážně z opakování vzorců. Podobně všechny motorické dovednosti mají začátek, střed a konec. Podobně jako dovednosti spojené s verbální pamětí jsou začátky a konce pohybové sekvence lépe zapamatovatelné, než její prostředek. Přechody mezi jednotlivými fázemi pohybu jsou většinou nejproblematičtější. Ty může hudba ulehčit.

Při poslechu hudby zároveň s učením se motorické dovednosti je aktivováno více mozkových oblastí a pravděpodobně se zlepšuje jejich spolupráce. Také je možné, že poslech hudby vytváří asociace, které zjednodušují budoucí vyvolání motorického vzorce. Bylo prokázáno, že hudba může zvýšit verbální komunikaci a plynulost chůze u klientů po cévní mozkové příhodě. U RS byl prokázán pozitivní vliv taneční pohybové terapie na celou řadu parametrů (sensomotorické a posturální funkce, schopnost vykonávat běžné denní aktivity, a na kvalitu života).

Nevhodné použití zpětné vazby Korekce pouze při „chybě“ versus korekce průběhu pohybu (postreakční informaci o pohybu) Pokud je korekce poskytována náhodně, a to pouze při vybočení pohybu ze zadaných hranic, má pozitivní vliv na motorické učení. Pokud je však užívána nadbytečně ke korekci průběhu pohybu, má negativní vliv na motorické učení. Ukažme si to na příkladu verbální zpětné vazby. Pozitivně působí korekce ve smyslu jasného, hlasitého povelu „nenechte se porazit“ ve chvíli, kdy se snažíme klienta porazit. Negativně působí korekce ve smyslu „jdete špatně, přidejte, rychleji“ v průběhu pohybu.

Příliš silná zpětná vazba zabraňuje jedinci používat jeho vlastní opravné strategie a znemožňuje mu spolehnout se na vlastní schopnosti opravy průběhu pohybu. Přílišná četnost informací zvyšuje variabilitu opravných reakcí, která může dokonce vyústit do maladaptivních reakcí. Jsou-li jedinci vystaveni konfliktu mezi endogenní sensorickou zpětnou vazbou a terapeutem zvýšenou zpětnou vazbou, pak mají tendenci spoléhat se více na vnější zdroj než na jejich vlastní vrozené schopnosti. V terapii je tedy potřeba dostatečně procvičovat používání endogenní zpětné vazby. Jakmile se klient jednou naučí spoléhat na endogenní zpětnou vazbu, pak si již nebude všímat klamné znalosti výsledků poskytované vnějším zdrojem.

d) Nácvik pohybu Aktivace programu, který spouští pohyb Při učení komplexních motorických dovedností, jsou programy (pohybové vzory) podvědomě rozbity na jednotlivé podprogramy (dílčí pohybové vzory). Ty navazují jeden na druhý určitým nespojitým způsobem, a jsou podrobovány korekci (cerebellární kontrolní okruhy), až je provedení motorické dovednosti (realizována spuštěním celého programu) koordinované, plynulé. Jde o automatický proces. Cílem terapie klientů s hybným postižením je tento automatický proces aktivovat.

Rozfázování pohybu Rozfázování pohybu je užitečné především při nácviku složitých motorických sestav ve sportu (například v krasobruslení). V těchto případech je vhodnější nacvičovat jednotlivé prvky sestavy samostatně (například pirueta by měla být trénována nejprve samostatně, a teprve po zvládnutí v kombinaci s dalšími akrobatickými prvky). V některých situacích je vhodné pracovat s nácvikem rozfázovaného pohybu i v terapii. Výhodné je k nácviku volit pohybové strategie, v nichž se pohyb uplatňuje vzhledem ke komplexnímu pohybu. To znamená, že jsou brány v úvahu parametry komplexního pohybu, například směr, rychlost pohybu atd. Nácvik motorických dovedností pomocí rozfázování pohybu může být výhodný z hlediska zapamatování si motorické dovednosti. Je známé, že si lépe zapamatujeme začátek a konec slovní fráze než slova v jejím prostředku. Podobně si lépe zapamatujeme dovednosti spojené se začátkem a koncem pohybové sekvence, než s těmi vyskytujícími se uprostřed.

(e) Posouzení stavu klienta Nácvik motorické dovednosti ve stavu těžké aerobní fyzické únavy má negativní vliv jak na vlastní výkon (například zhoršená koordinace), tak na proces učení. Výkon lidí, kteří se úkon naučili, když byli unavení, není tak dobrý jako těch, kteří se jej naučili, když unavení nebyli. Se svalovou únavou je spojeno mnoho sensorických a centrálních změn. V důsledku únavy dochází ke změnám charakteristiky svalové aktivace, změnám sensorické aferentní informace, ale i ke změnám na úrovni centrální (na úrovni řízení pohybu). Únavnost nervu je pro fyzioterapeuta známka k přerušení terapie, stejně tak jako bolest a zhoršení jakéhokoliv příznaku onemocnění (blíže viz únava).